基于个性化物理计算肺模型预测急性呼吸窘迫综合征患者呼吸系统力学与区域通气的初步验证研究

《Respiratory Research》：Predicting global and regional respiratory response in ARDS patients through individualized physics-based computational lung models: a prospective clinical pilot study

　　

摘要

背景

肺保护性通气是急性呼吸窘迫综合征（ARDS）管理中的关键措施，但当前方法受限于肺部病理的异质性以及缺乏个体化策略。基于患者特异性计算模型可通过提供对整体及区域肺部行为的预测性和生理学可解释性洞察来克服这些局限性。

方法

一项单中心前瞻性初步研究对10例接受机械通气的ARDS患者进行了评估。预定的研究方案包括通气和操作，系统性地改变呼吸机模式、潮气量、呼气末正压（PEEP）和驱动压。为每位患者生成并校准了一个个性化的、区域分辨率的基于物理的计算肺模型，以重现个体呼吸系统力学特性。在不同PEEP水平下，模拟了模型对潮气量、气道压和跨肺压、呼气末肺容量（EELV）以及电阻抗断层成像（EIT）衍生的区域通气分布的预测，并与临床评估的参考值进行了评估。使用皮尔逊相关系数（r）、均方根误差（RMSE）和Bland-Altman分析将模型预测与临床数据进行比较。

结果

在所有PEEP水平下，模拟数据与临床数据在潮气量（r?=?0.925，p?<?0.001，RMSE?=?0.053 L）和驱动压（r?=?0.940，p?<?0.001，RMSE?=?1.328 mbar）方面表现出高度一致性。在初始PEEP水平下，在7例有EIT数据可用的患者中的5例中，测量和模拟的区域通气之间发现高图像相关性（r?>?0.8）。

结论

本初步研究证明了个性化的、区域分辨率的基于物理的计算肺模型能够重现ARDS患者特异性呼吸系统力学和区域通气模式的关键特征。模拟数据与测量数据之间的高度一致性支持了该方法在估计呼吸机调整生理反应方面的潜力，并为未来将计算模型整合到临床决策中的研究奠定了基础。

试验注册

注册于德国临床试验注册中心（DRKS00017151，https://drks.de/search/en/trial/DRKS00017151），于2019年4月12日完成注册。